مکانیکی‌ها، پیشگامان مهندسی نوین

نیم‌نگاهی به زندگی «بنوموسی»، اولین مهندس مکانیک ایرانی و از اولین مهندسان تأثیرگذار تاریخزهرا موسوی، ورودی ۹۸ مهندسی مکانیکشرحی مختصر بر زندگی«بنوموسی»، پسران «موسی بن شاکر خراسانی»، در قرن سوم هجری (قرن نهم میلادی)، زندگی می‌کردند. موسی بن شاکر یکی از منجمان مأمون، خلیفۀ عباسی، بود. او سه پسر به نام‌های «محمد»، «احمد» و «حسن» داشت. پس از مرگ او، پسران خردسالش، تحت سرپرستی مأمون به فراگیری علوم در بیت‌الحکمه (کتابخانۀ دولتی بغداد که دست‌کم از اواخر عصر هارون تا پایان خلافت مأمون فعال بود) پرداختند. استعداد و تلاش فراوان آن‌ها در علم‌آموزی باعث شد که به فعال‌ترین اعضای بیت‌الحکمه تبدیل شوند. محمد، برادر بزرگ‌تر، بهرۀ فراوانی از هندسه و نجوم داشت و به اصول اقلیدس و کتاب مجسطی بطلمیوس آگاه بود و کتاب‌های نجوم و هندسه و حساب و منطق را جمع‌آوری می‌کرد. احمد، برادر دوم، از نظر علمی نسبت به محمد در رتبۀ پایین‌تری قرار داشت؛ اما در علم مکانیک استاد بود و در آن موفقیت‌هایی داشت که نه برادرانش به آن دست نیافته بودند و نه حتی پیشینیان! حسن، برادرکوچک‌تر، در هندسه یگانۀ زمان خویش بود. او از کتب هندسه تنها شش مقالۀ اول اقلیدس در اصول هندسه را که تنها نیمی از آن بود، خوانده بود؛ ولی می‌توانست مسائلی را استخراج کند که حتی گذشتگان در آن‌ها توفیقی نداشتند.فعالیت در زمینۀ مکانیکمهم‌ترین حرکت علمی بنوموسی کوشش آن‌ها برای دست‌یافتن به سیستم کنترل خودکار است تا ماشین‌هایی بسازند که مدت زیادی بدون دخالت انسان کار کنند. «کتاب الحیل» (در آن زمان به علم مکانیک، «علم حیل» به معنی حیله‌ها گفته می‌شد!) که مشهورترین کتاب بنوموسی است، اولین کتاب تخصصی در مهندسی مکانیک‌ در تاریخ تمدن اسلامی و بی‌نظیرترین‌ کتاب‌ مهندسی‌ در تاریخ قرون وسطی محسوب می‌شود. این کتاب شامل عکس و نحوۀ کارکرد صد دستگاه است که مؤلفان، تعدادی از آن‌ها را از آثار یونانیان قبلی گرفته‌اند و بقیه، از اختراعات خودشان است. اکثر این دستگاه‌ها به‌طور خودكار و با استفاده از خواص مكانیكی سیالات كار می‌كنند؛ برای مثال در این کتاب، کنترل‌های دومرحله‌ای برای مایعات، شکل اولیۀ کنترل‌های ساختار متغیر (Variable Structure Control) که یکی از روش‌های کنترل غیرخطی است، و همچنین یک کنترل‌کنندۀ با بازخورد (Feedback Controller) شرح داده شده است.کتاب الحیل شامل اختراعاتی است که در آیندۀ صنعت بشری اثرگذار بوده‌اند؛ از جمله شیر شناور، سنسور دیفرانسیلی فشار (Differential Pressure Sensor)، حلقۀ فیدبک، فلو کنترل (Flow Control) و میل‌لنگ. نکتۀ جالب این است که این میل‌لنگ‌ها، دارای عملکردی تقریباً شبیه به میل‌لنگ‌های امروزی بوده‌اند؛ میل‌لنگ آن‌ها اجازۀ چرخش کامل را نمی‌داد و برای تبدیل به میل‌لنگ امروزی، فقط یک اصلاح کوچک لازم داشت. این در حالی است که اختراع میل‌لنگ توسط بنوموسی، سه و نیم قرن قبل از اختراع میل‌لنگ توسط «بدیع‌الزمان جزری» و بیش از پنج قرن قبل از پیدایش اولین میل‌لنگ‌ها در اروپا اتفاق افتاده است.بنوموسی در بهره‌برداری از تغییرات کوچک در فشارهای آیرواستاتیک و هیدرواستاتیک و استفاده از سوپاپ‌های مخروطی به‌عنوان اجزای خطی در سیستم‌های کنترل استاد بودند. در ادامه به شرح یکی از وسایلی که در آن از سوپاپ مخروطی استفاده شده است، می‌پردازیم؛ این وسیله از یک سطل یا تشت بزرگ تشکیل شده که در کنار ظرفی استوانه‌ای قرار دارد و با لوله‌ای به مخزنی در درون ظرف وصل می‌شود. در داخل این مخزن، شناوری وجود دارد که روی آن میله‌ای سوار است و در دو طرف این میله، بخش‌های متحرک یک سوپاپ (شیر) مخروطی نصب شده است. این میله ازیک جا شیری (مادگی) جفته می‌گذرد. به‌گونه‌ای که شیر بالایی رو به بالا و شیر پایینی رو به پایین باز می‌شود. مادگی شیر بالایی در سوراخی قرار دارد و این سوراخ، در ورقه‌ای ایجاد شده که ظرف را به دو بخش تقسیم می‌کند. بخش بالای ورقه، مخزن آب استوقتی کمی آب از سطل برمی‌داریم، شیر پایینی باز می‌شود و کمی آب از راه شیر به مخزن کوچک می‌رود و از راه لوله به سطل می‌رسد. سپس شناور بالا می آید و شیر را می بندد. تا وقتی که مقدار آبی که از سطل برمی‌داریم کم باشد، سطل همیشه پر می‌ماند؛ اما اگر یک‌باره آب زیادی از آن برداریم، شیر بالایی بسته می‌شود و دیگر،جریان آب امکان ندارد. جالب‌ترین ویژگی این دستگاه این است که شیر بالایی اثر کنترل با بازخورد (Feedback Control) دارد و نیز یک شیر جفته روی یک میله نصب شده است. در واقع، کاربرد شیر مخروطی که امکان کنترل با آن از شیر مسطح بسیار بیشتر است، خصوصیتی است که کار بنوموسی را از پیشینیان یونانی آن‌ها متمایز می‌کند؛ وگرنه از دیگر جهات، همانندی‌های فراوانی میان آثار آن‌ها وجود دارد. در رسالۀ هرون (دانشمند یونانی) دربارۀ مکانیک،یکی دوبار دربارۀ شیر مخروطی نوشته شده، اما موضوع نوشتۀاو همان شیرهای فشاری معمولی است که در حمام‌ها به‌کار می‌رود و مفهوم کنترل خودکار که در همه جای کتاب بنوموسی دیده می‌شود، در آن به چشم نمی‌آید. شیر مخروطی از اجزای مهمی است که در مهندسی جدید به‌کار می رود؛ اما این وسیله تا قرن شانزدهم میلادی، به زبان مشترک مهندسان اروپایی راه نیافت.همان‌طور که گفته شد، بعضی از دستگاه‌های موجود در کتاب الحیل، الهام‌گرفته‌شده از یونانیان هستند؛ اما کار بنوموسی با کنترل خودکار، باعث برتری آن‌ها نسبت به یونانیان شده است؛ مانند استفاده از سوپاپ های خودکار، دستگاه‌های زمان‌بندی (Timing Devices)، سیستم‌های تأخیرانداز (Delay Systems) و کنترلرهای هیدرولیک و نیوماتیک. به‌علاوه، سیفون هم‌مرکز، قیف با انتهای خمیده برای ریختن مایعات مختلف، محفظۀ شناور و سنسور دیفرانسیلی فشار از اختراعات بکر آنان هستند که هیچ‌کدام در آثار یونانیان قبلی دیده نمی‌شوند.اقتباس‌های زیادی از اختراعات بنوموسی انجام شده است. مثلاً جزری با الهام از کتاب الحیل، کتابی با نام مشابه نوشته است، استفاده از کنترل‌های اتوماتیک در ماشین‌های اروپایی یا استفاده از سوپاپ‌های مخروطی در کارهای «لئوناردو داوینچی» برخی از ایده‌های این کتاب هستند که از طریق اسپانیای اسلامی به اروپا رسیدند (منظور از اسپانیای اسلامی، «آندلس» است که مسلمانان حدود هشت قرن در آنجا زندگی و حکومت کردند و در نهایت، بر اثر جنگ نرم مسیحی‌ها، اسلام در آن منطقه از بین رفت).فعالیت در حوزه‌های دیگربنوموسی علاوه بر مکانیک، در حوزه‌های دیگری از جمله ترجمه، هندسه، نجوم، فلسفه، منطق و موسیقی فعال بودند. آن‌ها به ترجمۀ کتاب‌های یونانی پرداختند و علاوه بر آن برای دستیابی به کتاب‌های روم و یونان، بسیار تلاش و هزینه کردند و حتی در مواردی هزینۀ زندگی مترجمان را به‌طور مستقل به عهده گرفتند.یکی از مهم‌ترین پژوهش‌هایی که به بنوموسی نسبت می‌دهند، تعیین اندازۀ محیط کرۀ زمین است. آن‌ها این کار را به دستور مأمون انجام دادند. از دیگر کارهای آنان در زمینۀ ریاضیات، تثلیث زاویه (تقسیم زاویه به سه قسمت مساوی مشابه نیمساز برای دو قسمت) است که آن را به یک روش مکانیکی انجام دادند. این روش بر کار هندسه‌دانان قرون وسطی نیز تأثیرگذار بوده است. سایر پژوهش‌های ریاضی آن‌ها در زمینۀ اندازه‌گیری مساحت و حجم اشکال است. آنان مساحت دایره را با روشی متفاوت نسبت به روش ارشمیدس، اما الهام‌گرفته‌شده از اندیشه‌های او حساب می‌کردند. نسبت قطر به محیط دایره (عدد پی)، یکی دیگر از مسائلی است که بنوموسی به آن پرداخته‌اند که در این مسئله هم پیرو ارشمیدس هستند. آن‌ها مانند ارشمیدس، ولی با روشی متفاوت، ثابت کردند که مساحت سطح کره، چهار برابر مساحت دایرۀ عظیمۀ آن است. لازم به ذکر است، افرادی که بنوموسی را ادامه‌دهندۀ راه ارشمیدس می‌دانند، کارهای آنان را تقلید محض از آرا و محاسبات او نمی‌دانند. پسران موسی در زمینۀ هندسه کتابی به نام «معرفه مساحه الاشکال البسیطه و الکریّه» نوشته‌اند که در آن به مطالبی که ذکر شد و مطالب دیگری از جمله روش استخراج کعب تقریبی اعداد پرداخته‌اند. «لئوناردو فیبوناتچی» نیز در مسائل هندسی خود از این اثر ترجمه‌شدۀ بنوموسی بهرۀ بسیار برده است. آنان علاوه بر دو کتابشان در حوزۀ مکانیک و هندسه، کتاب‌هایی در زمینه‌های دیگر هم تألیف کرده‌اند که برخی از آنان نیز، به زبان‌های دیگر ترجمه شده‌اند.منابع:ویکی پدیاhttps://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%A9%D8%AA%D8%A7%D8%A8_%D8%A7%D9%84%D8%AD%DB%8C%D9%84ویکی فقهhttps://fa.wikifeqh.ir/%D8%AE%D8%A7%D9%86%D8%AF%D8%A7%D9%86_%D8%A8%D9%86%D9%88%D9%85%D9%88%D8%B3%DB%8Cمجلۀ ویستاhttps://vista.ir/w/a/34/e7k3jکتاب پویایی فرهنگ و تمدن اسلام و ایران، دکتر علی‌اکبر ولایتی